Mô tả khái quát chung về cầu chủ động thiết kế cầu chủ động trên ôtô

Công dụng Cầu chủ động là bộ phận cuối cùng trong hệ thống truyền lực, tùy theo kết cấu ta có cầu chủ động đặt phía sau hộp số, nối với hộp số hay hộp phân phối bởi trục truyền động các

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

MỤC LỤC Trang

LỜI NÓI ĐẦU i

CHƯƠNG 1: MÔ TẢ KHÁI QUÁT CHUNG VỀ CẦU CHỦ ĐỘNG 1

CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ CẦU CHỦ ĐỘNG TRÊN ÔTÔ 7

2.1 Những số liệu ban đầu 7

2.1.1 Nhiệm vụ đồ án thiết kế cầu chủ động 7

2.1.2 Các thông số cho trước 7

2.2 Thiết kế tính toán truyền lực chính 7

2.2.1 Xác định các thông số cơ bản của truyền lực chính 7

2.2.2.Xác định lực tác dụng lên bộ truyền lực chính 13

2.2.3 : Tính toán kiểm tra bền bánh răng truyền lực chính 14

2.2.4 Tính trục và chọn ổ của truyền lực chính 15

2.3 Tính toán vi sai 16

2.3.1 Tính toán kích thước bộ vi sai đối xứng 16

2.3.2 Tính toán bền cho bộ vi sai 19

2.4 Thiết kế tính toán bán trục … 22

2.4.1 Các chế độ tải trọng tính toán 22

2.4.2 Tính bền bán trục giảm tải hoàn toàn 25

2.4.3 Chọn ổ đỡ bán trục 26

2.5 Tính toán dầm cầu với bán trục giảm tải hoàn toàn. 27

2.5.1 Tính khi có lực kéo cực đại 27

2.5.2 Tính khi trượt ngang hoàn toàn 28

2.5.3 Tính theo tải trọng động tác dụng 30

TÀI LIỆU THAM KHẢO 32

LỜI NÓI ĐẦU

Trong giai đoạn hiện nay nghành giao thông vận tải là một lĩnh vực hết sức quan trọng trong nền kinh tế và cuộc sống của chúng ta Nó không những thúc đẩy sự phát triển mạnh mẽ các nghành khác phát triển mà nó còn là phương tiện chính để liên kết các vùng miền trên thế giới và trong nước lại với nhau.

Trong thời gian học tập tại trường em được các thầy các cô trực tiếp hướng dẫn tìm hiểu về cấu tạo, những sự cải tiến không ngừng cũng như các hư hỏng của ôtô thường gặp phải.

Để có điều kiện hiểu hơn về cấu tạo cũng như những nguyên lý làm việc thực thế của ôtô Trong thời gian vừa qua được sự chỉ đạo của các thầy cô trong khoa cơ khí động lực và trực tiếp là thầy hướng dẫn Em đã được giao đề tài thiết kế và tính toán cầu chủ động loại đơn trên xe ô tô tải Được sự hướng dẫn tận tình của thầy ….và sự cố gắng của bản thân Nay đề tài của em đã hoàn thành nhưng do những hạn chế nhất định nên không thể tránh được thiếu sót Vậy em kính mong sự chỉ bảo của thầy cô để đề tài này được hoàn thiện hơn.

Em xin chân thành cảm ơn các thầy, cô đã giúp em hoàn thành đề tài này.

Đại học sư phạm kỹ thuật Hưng Yên Ngày tháng năm 2023

Sinh viên thực hiện

Nguyễn Vũ Châu

CHƯƠNG 1: MÔ TẢ KHÁI QUÁT CHUNG VỀ CẦU CHỦĐỘNG

1.1 Cầu chủ động

1.1.1 Công dụng

Cầu chủ động là bộ phận cuối cùng trong hệ thống truyền lực, tùy theo kết cấu ta có cầu chủ động đặt phía sau hộp số, nối với hộp số hay hộp phân phối bởi trục truyền động các đăng, hoặc cầu chủ động và hộp số được đặt trong một cụm Công dụng:

- Là giá đỡ và giữ hai bánh xe chủ động

- Phân phối mômen của động cơ đến hai bánh xe chủ động để xe chuyển động tiến hoặc lùi.

- Đỡ toàn bộ trọng lượng của các bộ phận đặt trên ôtô

- Thay đổi tỷ số truyền nhằm mục đích tăng mômen xoắn qua cơ cấu phân chia truyền tới bánh xe chu động nào đó (thường 900) đối với trục dọc của bánh xe.

1.1.2 Yêu cầu

- Phải có tỷ số truyền đủ lớn, kích thước trọng lượng nhỏ gọn đảm bảo khoảng sáng gầm xe, qua đó đảm bảo tính năng thông qua của xe.

- Phải có hiệu suất truyền lực lớn, làm việc êm dịu và có độ bền lâu - Đảm bảo độ cứng vững và độ bền cơ học cao.

- Hai cặp bánh rang có tỷ số truyền cố định.

Hình 1.1 Cấu tạo cầu chủ động

1, 2, 3,4 : Các chi tiết của truyền lực chính 5 : Bánh răng vành chậu 6, 7 : ổ bi đỡ bán trục 8 : Vòng chắn dầu 9 : Bán trục 10 :Vỏ cầu 11 : Bánh răng quả dứa 12 : Bánh răng bán trục 13 : Vỏ vi sai.

1.2 Truyền lực chính

1.2.1 Chức năng

-Tăng mômen quay cho bánh xe tạo nên số vòng quay tối ưu cho chuyển động của ôtô trong khoảng tốc độ của xe yêu cầu.

-Tạo nên chiều quay thích hợp giữa bánh xe và hệ thống truyền lực.

- Đảm bảo độ cứng vững của vỏ, của ổ và của trục.

1.2.3 Phân loại

Theo số lượng bánh răng TLC Có 2 dạng: truyền lực đơn (một cặp bánh răng) và truyền lực kép (2 cặp bánh răng).

-Trong truyền lực đơn phân loại theo dạng bánh răng:

Hình 1.2: Sơ đồ truyền lực chính đơn.

Truyền lực chính kép có tỷ số truyền được tạo bởi 2 cặp bánh răng ăn khớp Gồm truyền lực chính trung tâm hay truyền lực chính bên (cạnh) Truyền lực chính kép được sử dụng trên ô tô cần tỷ số truyền lớn khi truyền lực chính đơn không đáp ứng được.

Khi ôtô chạy trên đường thẳng, các bánh xe có tốc độ như nhau, do đó không có ảnh hưởng gì đến độ cân bằng, ổn định của xe Nhưng khi vào cua, bánh xe phía trong có quãng đường ngắn hơn bánh xe phía ngoài, do đó để xe có thể vào cua, vận tốc của bánh xe phía ngoài lớn hơn.

- Thay đổi tốc độ của các bánh xe (trái, phải) khi xe đi vào đường cong cua - Truyền momen của động cơ tới bánh xe.

- Đóng vai trò là cơ cấu giảm tốc độ cuối cùng trước khi momen xoắn truyền tới các bánh xe.

1.3.2 Yêu cầu của cụm vi sai

- Phân phối mômen xoắn giữa các bánh xe hay giữa các trục theo tỷ lệ đảm bảo sử dụng trọng lượng bám tối đa ở các bánh xe.

- Kích thước vi sai phải nhỏ gọn - Hiệu suất truyền động cao.

1.3.3 Phân loại

Theo công dụng chia ra: - Vi sai giữa các bánh xe.

- Vi sai giữa các cầu.

- Vi sai giữa các truyền lực cạnh Theo kết cấu chia ra:

Các bán trục dùng để truyền mômen xoắn từ bộ vi sai đến các bánh xe chủ động Trên các loại bán trục không được giảm tải hoàn toàn còn được dùng để tiếp

Hình 1.4: Sơ đồ các loại bán trục

a.Bán trục không giảm tải: ổ tựa đặt bên trong và bên ngoài, đặt trực tiếp lên nửa trục

b.Bán trục giảm tải ½: ổ trục bên trong đặt trên vỏ vi sai và ở bên ngoài đặt trực tiếp lên nửa trục.

c.Bán trục giảm tải ¾: ổ tựa ở bên trong đặt lên vỏ vi sai còn ổ tựa bên ngoài gồm 2 ổ bi đặt trên dầm cầu và moayơ ở bánh xe không đặt trực tiếp lên trục.

d.Bán trục giảm tải hoàn toàn: ổ tựa bên trong được đặt trên vỏ vi sai còn ổ tựa bên ngoài gồm hai ổ bi đặt trên dầm cầu và moay ơ ở bánh xe không đặt trực tiếp lên trục.

1.5 Vỏ cầu

1.5.1 Công dụng của vỏ cầu

- Đỡ toàn bộ phần được treo tác dụng lên cầu.

- Bao kín và bảo vệ cho bộ truyền lực chính, vi sai và các bán trục để nó có thể hoạt động tốt và lâu dài

- Tiếp nhận và truyền các lực từ trên khung xe xuống và các lực từ mặt đường lên.

1.5.2 Yêu cầu đối với vỏ cầu

- Vỏ cầu phải đủ cứng vững để chịu được trọng lượng của xe - Phải đảm bảo độ kín để bảo vệ các kết cấu bên trong.

- Có kích thước và khối lượng nhỏ gọn để giảm tải trọng xe và tăng khoảng sáng gầm xe.

CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ CẦU CHỦ ĐỘNG TRÊN ÔTÔ2.1 Những số liệu ban đầu

2.1.1 Nhiệm vụ đồ án thiết kế cầu chủ động

Đồ án môn học thiết kế cầu chủ động ôtô thực hiện: thiết kế và tính toán cầu chủ động xe tải

Cầu chủ động bao gồm: truyền lực chính; vi sai; bán trục; dầm cầu.

Trong phần này thiết kế và tính toán truyền lự chính; vi sai; bán trục; dầm cầu.

2.1.2 Các thông số cho trước

Các thông số cho trước khi thiết kế, tính toán cầu chủ động gồm: - khối lượng toàn bộ của ôtô : G= 2250 (kg)

- Khối lượng phân bố lên cầu sau : G2= 1350 (kg)

- Mômen cực đại của động cơ : Memax=170(Nm) với nemax = 2000 (v/p) - Tỷ số truyền của cụm hệ thống truyền lực:

+ Tỷ số truyền của truyền lực chính : i0= 5,225

+ Tỷ số truyền của hộp số cơ khí : ih 1¿4,224 ih2=2.775ih 3=1.65 ih 4=1 Hệ số bám của đường : φmax= 0,75

- Kích thước lốp (B-d) : 7.5-20

2.2 Thiết kế tính toán truyền lực chính

2.2.1 Xác định các thông số cơ bản của truyền lực chínha) Chọn tải trọng tính toán

Đối với ô tô có tất cả các cầu chủ động: tải trọng tính toán xác định theo moomen bám, trong đó coi mô men giữa các cầu được phân phối tỷ lệ với trọng lượng bám:

Với: Mi Gi.max.rbx- Moomen bám phân phối lên cầu thứ i Gi - Trọng lượng bám phân phối lên cầu thứ i.

rbx – bán kính tính toán của bánh xe ic- tỷ số truyền lực cạnh.

i0- tỷ số truyền lực chính ϕmax - hệ số bám.

Đối với ô tô có tất cả các cầu chủ động: tải trọng tính toán xác định theo moomen bám, trong đó coi mô men giữa các cầu được phân phối tỷ lệ với trọng lượng bám:

- Trọng lượng bám phân phối lên cầu thứ i rbx – bán kính tính toán của bánh xe.

Hình 2.1 Quan hệ giữa L0, m

Chọn môđun mặt mút lớn ms=12(Theo hình 3.5 :Quan hệ giữa ,ms

Với mômen tính toán _ HD TKTT OTO-MAY KEO) - Chọn số răng của truyền lực chính:

Theo bảng (3.5) ta chọn số răng của TLC là: Z1=7; Z2=37 Với: Z1- là số răng của bánh răng quả dứa.

Z2- số răng của bánh răng mặt trời.

Chọn hệ số dịch chỉnh răng ( ) và góc ăn khớp ( ).

Theo bảng (3.2) chọn:

- Chọn góc nghiêng trung bình đường xoắn răng ( ) Theo bảng (3.5) chọn:

Chọn chiều xoắn của bánh răng côn chủ động ngược với chiều quay của bánh răng để đảm bảo lực dọc trục tác dụng lên bánh răng chủ động hướng từ đáy nhỏ lên đáy lớn khi xe chạy tiến ( tránh kẹt răng)

Nhìn từ đầu máy khi xe chạy tiến thì bánh răng chủ động quay phải( thuận chiều kim đồng hồ ) nên ta chọn chiều xoắn của bánh răng nónchủ động là chiều trái như hình 2.1 :

Hình 2.2 : Chiều xoắn của bánh răng chủ động −Tínhchiều dài đường sinh

- Chiều dài răng:

- Chiều dài đường sinh trung bình:

vì có hệ số tăng đường kính của bánh răng chủ động

- Chiều cao đầu răng mặt đáy lớn :

Chiều dài đường sinhChiều dài đường sinh

2.2.3 : Tính toán kiểm tra bền bánh răng truyền lực chính

- Kiểm tra bền theo ứng suất uốn :

Với: ritđ- bánh răng tương đương, i=1;2 và

- ứng suất tiếp xúc cho phép, = () (MN/m2) E = 2,15 là môđun đàn hồi của vật liệu

Từ đường kính d = 50 mm chọn ổ đũa côn ký hiệu 7510 có dxBxD là 50/23/90 (mm) (theo bảng P2.11 trang 261_tính toán hệ dẫn động cơ khí tập

n là số vòng quay tính toán của trục khi vận tốc ôtô =50 km/h h là tổng thời gian làm việc của ổ bi

Tra bảng P2.11-trang 262 _”tính toán hệ dẫn động cơ khí” : chọn ổ đũa côn kí hiệu 7516 ổ đường kính d=80mm

2.3 Tính toán vi sai

2.3.1 Tính toán kích thước bộ vi sai đối xứng

Chọn số bánh răng hành tinh q = 4 (ôtô tải)

Chọn sơ bộ mô đun của các bánh răng vi sai theo kinh nghiệm là ms = 9 Chọn số răng của bánh răng bán trục:

Đường kính vòng chia đáy lớn bánh răng bán trục Chọn số răng của bánh răng bán trục : Z =Zb=22 răng Chọn số răng của bánh răng hành tinh : Zh=11 răng Tính góc côn chia của cặp bánh răng :

Góc côn chia của bánh răng hành tinh :

Trong đó kσ=0,2 là hệ số khoá vi sai đối với bánh răng côn đối xứng Z =Zb=22 răng

Mo=Memax.ih1.ipt.io.ηtl  Mo 680.7, 42.7,76.0,85 33281( Nm)

Hệ số dạng răng, y=0,392 (tra bảng 3.18 - [3]) [σu] - Ứng suất uốn cho phép, [σu] =550 MN/m2

b- chiều dài răng bán trục và bánh răng hành tinh;

Xác định K: Với các bánh răng có độ cứng HB<350 và làm việc với tải trọng không đổi nên KH=1 Tra bảng 3-13 (TLCTM) tìm được hệ số tải trọng động, Kđ=1,5

Vậy hệ số tải trọng: K=1.1,5=1,5

N- Công suất của bộ truyền, chọn N= 70 mã lực ở 4000 v/p b- Chiều dài răng

+ Ứng suất uốn tại chân răng bánh nhỏ.

Hình 2.4 Sơ đồ tính toán ứng suất chèn dập của bánh răng vi sai

ứng suất chèn dập dưới tác dụng của lực

Ứng suất chèn dập sinh ra giữa trục chữ thập và vỏ vi sai: (l2: chiều dày bệ đỡ trục chữ thập trên vỏ vi sai)

Các lực tác động lên cầu sau :

phản lực thẳng đứng tác dụng từ đường lên bánh xe trái, phải phản lực ngang của mặt đường tác dụng lên bánh xe trái, phải

lực kéo tiếp tuyến

là hệ số phân bố tải trọng lên cầu sau là lực thẳng đứng tác dụng lên cầu sau

là hệ số phân bố tải trọng lên cầu sau khi ôtô chịu lực kéo tiếp tuyến cực đại

Hình 2.5 Sơ đồ lực tác dụng lên cầu sau là hệ số phân bố tải trọng lên cầu sau khi phanh :

2.4.1.1 Khi ôtô chuyển động thẳng chịu lực dọc cực đại Xmax

Khi ôtô chuyển động thẳng tính theo trường hợp tăng tốc lớn nhất.

- Phản lực Zbx tác dụng lên bánh xe được xác định theo trạng thái cầu sau

- Xác định lực dọc trục cực đại tác dụng lên bánh xe Xmax: Lực dọc cực đại Xmax tính theo bám:

Xmax Zbx2.max 83500.0,75 62625( ) N

2.4.1.2 Khi ôtô trượt ngang hoàn toàn :

Lực bên Yk tác dụng lên bánh xe khi bị trượt ngang hoàn toàn, giả sử các lực ngang được thể hiện như hình vẽ Khi đó phản lực thẳng đứng Zt và Zp tác dụng lên bánh xe sau bên trái và bên phải được xác định như sau:

-Tải trọng tĩnh tác dụng lên cầu sau G2= 13500(N).

-Chiều cao trọng tâm của xe , lấy xe tham khảo (Gaz-63) hg=1350(mm) -Chiều rộng cơ sở của xe, lấy xe tham khảo (Gaz-63) B = 1856(mm).

Vật liệu dùng làm bán trục cần chịu được mô men xoắn lớn, liên tục trong thời gian dài Vì vậy ta sẽ sử dụng thép hợp kim C25Mn có ứng suất xoắn cho phép là: Chọn  = 750 (MN/m2).

-chọn sơ bộ đường kính trục tại vị trí lắp ổ lăn là : d = 56 ( mm )

-chọn khoảng cách từ tâm bánh xe tới tâm ổ đỡ đầu tiên là : 135mm = 0,135 m -ứng suất uốn đầu trục tại tiết diện lắp ổ đỡ đầu trục :

d- đường kính bán trục tại tiết diện tính toán.theo thông số xe ta chọn

Ta chọn đường kính phần then hoa của bán trục là dth=65 mm (Bảng 9.3 Các thông số của mối ghép then hoa răng chữ nhật-Tr176-Tính toán thiết kế hệ dẫn động cơ

S: quãng đường chạy của ô tô giữa hai kỳ đại tu (xe tải là 160000

Với Vtb: tốc độ trung bình của ô tô (xe tải là 30 km/h)

S: quãng đường chạy của ô tô giữa hai kỳ đại tu (xe tải là 160000

2.5 Tính dầm cầu chủ động với bán trục giảm tải hoàn toàn

Dầm cầu thiết kế là dầm cầu hàn, ta chọn hình dáng tại tiết diện đặt nhíp có dạng hình trụ tròn, các kích thước được chọn theo kích thước theo kích thước các phần đã thiết kế và theo xe tham khảo Sau khi đã chọn được kích thước ta tính bền cho dầm cầu ở vị trí đặt nhíp Ta chọn các đường kính ở mặt cắt đặt nhíp như sau:

D = 120(mm) d = 100 (mm) Mômen chống uốn xoắn tổng hợp là:

Wth= 0,1.D.[1- (d/D)4]= 0,0062(m3).

2.5.1 Tính khi có lực kéo cực đại

Phản lực Zbx gây uốn trong mặt phẳng thẳng đứng của dầm cầu với: Muđ = Zbx.l

Lực dọc X gây uốn trong mặt phẳng dọc của xe Mun = Xmax.l và gây xoắn dầm cầu

Vậy dầm cầu đảm bảo đủ bền

Mômen tổng hợp uốn và xoắn tác dụng lên dầm cầu là:

Hình 2.6 Sơ đồ lực và biểu đồ mômen tác dụng lên dầm cầu khi có lực dọc max

2.5.2 : Tính khi trượt ngang hoàn toàn

Các lực được biểu diễn như hình trên, khi đó ta có mômen uốn tại điểm đặt nhíp bên trái và bên phải lần lượt là:

Lực bên Yk tác dụng lên bánh xe khi bị trượt ngang hoàn toàn và gây uốn dầm cầu trên mặt phẳng ngang dưới sự tác động của Zt và Zp lên bánh xe.

 u u 80(MN m/ 2). Vậy độ bền uốn đảm bảo.

Hình 2.7 Sơ đồ lực và biểu đồ mômen tác dụng lên dầm cầu khi trượt ngang

Mômen uốn do tải trọng động gây ra:

Muđ= Zđ.l = 13500.0,6 = 8100 (N.m).

Vậy độ bền uốn đảm bảo

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1] Nguyễn Hữu Hường – Phạm Xuân Mai – Ngô Xuân Ngát - Hướng dẫn đồ án môn học : “Thiết kế và tính toán ô tô - máy kéo” tập 1 - NXB ĐHQG TPHCM – 2005.

[2] Nguyễn Hữu Cẩn – Trương Minh Chấp – Dương Đình Khuyến – Trần Khang -Giáo trình “Thiết kế và tính toán ô tô - máy kéo” - NXB ĐHQGHN – 1978.

[3] Nguyễn Trọng Hiệp – Nguyễn Văn Lẫm - Thiết kế Chi Tiết Máy - NXB GD – 1969.

[4] Lê Công Dưỡng (chủ biên) - Vật liệu học - NXB KH&KT - 1997.

[5] PGS TS Trịnh Chất – TS Lê Văn Uyển – Tính toán thiết kế hệ dẫn động cơ khí tập I - NXB Giáo Dục – 2006.